A engenharia de superfície tem buscado atender a demanda da indústria por
ferramentas, peças e outros componentes com maior vida útil e resistência frente ao desgaste,
utilizando como revestimentos protetores, materiais cujas propriedades mecânicas,
tribológicas e físico-químicas, tais como dureza, atrito, desgaste, resistência à corrosão e à
oxidação, entre outras podem ser otimizadas. Uma das condições que podem influenciar
diretamente essas propriedades é o tipo de estrutura do revestimento, bem como a temperatura
do substrato durante a deposição dos filmes. Neste trabalho foram estudados revestimentos
compostos por multicamadas de CrN/Si3N4 depositados sobre substrato de silício (001) a uma
temperatura de 300 °C, variando-se a espessura do período da bicamada entre 2 e 10 nm.
Diversas técnicas de caracterização físico-química foram utilizadas. Como caracterização de
propriedades mecânicas, foi utilizado nanoindentação. Os filmes de camadas individuais
produzidos apresentaram razões de Cr/N de 1,02 ± 0,05 e de Si/N de 0,74 ± 0,03, ou seja,
estequiométricos e livres de contaminantes. Para CrN atingiu-se uma dureza de 12 GPa, já
para Si3N4, 26 GPa. Os parâmetros de deposição para os quais as camadas individuais
alcançam durezas próximas ao máximo (12 a 15 GPa para CrN e 18 a 22 GPa para Si3N4)
também contribuem para o aumento de dureza, objetivo deste trabalho. Dos períodos de
multicamadas avaliados a dureza máxima (34,6 ± 1,27 GPa) foi atingida para um período de 4
nm, representando um aumento de 40% em relação ao Si3N4. Os resultados da caracterização
físico-química das amostras apresentam formação efetiva de uma estrutura de multicamadas e
permitiram determinar as espessuras de ordem nanométrica, a distribuição dos elementos em
profundidade, as ligações químicas presentes na amostra, assim como interfaces abruptas.
Além disso, o CrN tem estrutura cristalina e o Si3N4, essencialmente amorfo, satisfazem uma
condição prevista na literatura de aumento de dureza pelo mecanismo de travamento das
discordâncias nas interfaces cristalino-amorfo. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Surface engineering has been searching to attend the industrial demand for tools, parts
and other components with larger lifecycles and higher wear resistance, by means of
protective coatings whose mechanical, physical-chemical and tribological properties, such as
hardness, friction, wear and corrosion and oxidation resistance can be optimized. One of the
conditions that can influence directly these properties is the type of structure of the coating, as
well as the temperature of the substrate during film deposition. In the present work were
studied coatings composed by CrN/Si3N4 multilayers depositated on silicon substrate (001) at
a temperature of 300°C, with varying bilayer periods between 2 and 10 nm. Several physicalchemical
characterization techniques were used. Mechanical properties were assessed by
nanoindentation tests. Films produced with single layers presented Cr/N ratio of 1.02 ± 0.05
and Si/N ratio of 0.74 ± 0.03, thus being considered stoichiometric and free from
contaminants. CrN films attained 12 GPa hardness and Si3N4 films attained 26 GPa.
Deposition parameters in which the single layers attained hardness values near to the
maximum also contributed to the hardness increase, aim of this work. Amongst the multilayer
periods evaluated, maximum hardness (H = 34.6 ± 1.27 GPa) was attained for a period of 4
nm, representing an increase of 40% in relation to Si3N4. Physical-chemical characterization
techniques evinced the effective formation of a multilayer structure and enabled the
determination of nanometric scale thicknesses, the distribution of elements as a function of
depth, the chemical bonds present in the sample, as well as the steep interfacial characteristic.
Furthermore, due to CrN crystalline structure and Si3N4 which is essentially amorphous, a
condition predicted in the literature was satisfied, that is, the increase in hardness by the
blocking of dislocation motion mechanism in crystalline-amorphous interfaces.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ucs.br:11338/706 |
| Date | 13 December 2012 |
| Creators | Soares, Tatiana Pacheco |
| Contributors | Vasconcellos, Marcos Antonio Zen, Michels, Alexandre Fassini, Catafesta, Jadna, Baumvol, Israel Jacob Rabin |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UCS, instname:Universidade de Caxias do Sul, instacron:UCS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0115 seconds